工业上反应器：

化学反应工程 (Chemical Reaction Engineering)西南科技大学西南科技大学

工业上反应器：

难于作到等温操作 .

对于可逆的热反应，等温并不一定好，有最佳温度分布 .

对于复杂反应，温度 T 影响产物分布（ PD） .

∴　工业化反应器很少等温下操作

第五节变温管式反应器

Chapter Ⅳ 管式反应器


对于等压过程，

Tr-基准温度　　　　　　　　　

Tc-换热介质的温度

一、管式反应器的热量衡算第五节变温管式反应器


自变量： t 时间（间歇釜）

　　　　　　　距离 Z （管式反应器）

衡算范围：整个反应器（间歇釜）

　　　　　　　微元体（管式反应器）

第五节变温管式反应器一、管式反应器的热量衡算

类似于间歇釜式反应器与热量衡算式（ 3-81 ）存在的差别：


（ 4-28 ）

0

0

2

0

/ 4A

AA

G wQ C

M

dt

wAO－初始质量分率（ G 为质量流速， kg/s）

0

0

2

0

/ 4A

AA

G wQ C

M

dt∴　物料衡算式为（ 4-4）

第五节变温管式反应器一、管式反应器的热量衡算


二、绝热管式反应器如与外界无热交换（绝热过程），式（ 4,28）变成

如果不考虑 Cpt随组成和温度变化，则　　　　 T － To=λ（ XA-XAO ）　　

（ 4-30 ）

第五节变温管式反应器


与式（ 3-89）和式（ 3-84）完全一样，但

式（ 3-84）用于间歇釜式反应器；而式（ 3-8

9 ）用于连续釜式反应器

注意：

　　尽管形式上完全一样，但实质上有很大

区别。转化率与温度的关系可以用图 4-7表示。

第五节变温管式反应器二、绝热管式反应器



图 4.7 绝热反应过程转化率与温度的关系


管式反应器 --不同位置上的 T ～ XA 关系；间歇釜式

反应器 --不同时间下的 T ～ XA 关系；连接釜式反应

器 --在等温下操作，在出口处的 XA 一定、温度 T 也一定。

一般来说，绝热操作为管式反应器，选择较高的进料温

度。对于吸热反应，这一点很明显，但对于可逆放热应，

要具体分析。


区别在于：


图 4.8可逆放热反应的转化率与温度的关系



设三个进料温度 TA ， TB ， TC ，其中 TB 较（对于

XAf 而言）。 XAf↑， To↓（从图中可以到）。

注意：前 lm反应段，转化率高达 42.5%；而后 1m反应段，转化率仅为 4.4%（相差 10倍）。原因：在后 1m反应段① 反应物的浓度大大下降；② 温度大大下降。上述现象是综合作用的结果。



绝热反应器的不足之处在于：反应器的进出口温差太大。

(1) 如果为可逆放热反应， T↑，平衡转化率↓(2)产物分布的控制也不容易作到 .

(3)对于可逆吸热反应， T↓速率变慢 .

很多工业反应器要进行温度控制，与环境有热交换。控制反应器在一定的温度下操作（优化和安全操作）。



例如：

高温 --烟道气、熔盐、高压蒸气等；低温 --水、

空气等。也可以适当安排利用产物的余热来加热原

料。

换热介质的选定：根据所控制的温度范围确定，

原则应保持温差不宜过大，以免传热速率太快，操

作不稳定。


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